การขับกระแสของอุปกรณ์

            จากรายละเอียดต่างๆที่ได้แสดงมาในหัวข้อที่ผ่านมาจะเห็นว่าจะใช้อุปกรณ์ในการขับสัญญาณกระแสให้กับวงจร ดังนั้นเป้าหมายหลักในการนำไปใช้งานจะต้องออกแบบให้มีการตอบสนองต่อตัวแปรที่ต้องการวัดได้ตลอดย่าน รวมไปถึงการติดตั้งและการจ่ายสัญญาณกระแส 4-20 มิลลิแอมป์ ด้วยแหล่งจ่ายกระแสที่เพียงพอทุกย่านการวัด มาตรฐาน ISA S50.1 ได้กำหนดคุณสมบัติของอุปกรณ์เครื่องมือวัดสำหรับนำไปใช้งานกับโหลดความต้านทานที่ค่าแหล่งจ่ายแรงดันตามที่กำหนดแสดงในตารางที่ 1 

ตารางที่ 1 ค่าโหลดความต้านทานและค่าแหล่งจ่ายแรงดัน

            จากตารางที่ 1 เป็นมาตรฐานของอุปกรณ์ในการขับกระแสทำให้ผู้ใช้งานสามารถแน่ใจได้ว่าอุปกรณ์ประเภทต่างๆจากผู้ผลิตที่แตกต่างกันสามารถนำไปใช้งานทดแทนกันได้โดยไม่ต้องมีการปรับปรุงหรือเปลี่ยนแปลงอุปกรณ์อื่นๆที่เกี่ยวข้องและเพื่อหลีกเลี่ยงปัญหาในการขับสัญญาณกระแสของอุปกรณ์ ควรจะมีการพิจารณาความต้านทานโหลดในลูปกระแสของอุปกรณ์การวัดเมื่อมีการเพิ่มเติมอุปกรณ์ใดเข้าไปในลูปกระแส เช่น ถ้าเลือกการป้องกันการระเบิดในพื้นที่อันตรายเป็นแบบ I.S. (Intrinsically Safe) ต้องมีการใส่ Barrier เข้าไปในวงจรกระแสหรือมีการเพิ่มเติมที่บริเวณกระบวนการ เป็นต้น

            แสดงตัวอย่างการใส่ Barrier เข้าไปในลูปกระแสที่ต้องการป้องกันการระเบิดในพื้นที่อันตรายเป็นแบบ I.S. (Intrinsically Safe) ได้ดังรูปที่ 5

รูปที่ 5 อุปกรณ์การวัดแบบ I.S. (Intrinsically Safe)

            จากรูปที่ 5 สามารถแสดงการหากระแสในลูปของอุปกรณ์การวัด เมื่อมีการเพิ่มเติม Barrier เข้าไปในลูปกระแสได้ดังนี้

            ความต้านทานที่สามารถมีได้ในลูปนี้จะเท่ากับ

            RLOOP = 24 Volts / 20 mA = 1200 Ohms

            ความต้านทานก่อนใส่ Barrier เท่ากับ

            RTRANS = 12 Volts / 20 mA = 600 Ohms

            RLOAD = 250 Ohms

            RLINE = 10 Ohms

            ความต้านทานของ Barrier จะเท่ากับ

            RMAX = 1200 – (600 + 250 + 10) = 340 Ohms

            จากการคำนวณดังกล่าวข้างต้นจะเห็นได้ว่าค่าความต้านทานสูงสุดของ Barrier ที่จะใส่เข้าไปในลูปจะต้องมีค่าไม่มากกว่า 340 Ohms เพราะถ้าใช้ Barrier ที่มีค่าความต้านทานที่มากกว่านี้แล้วจะทำให้สัญญาณกระแสไม่สามารถไปถึงค่า 20 มิลลิแอมป์ได้เลย เพราะจะทำให้อุปกรณ์การวัดหยุดการทำงานก่อนเนื่องจากแรงดันที่ขั้วต่ำกว่า 12 โวลต์ ดังตัวอย่างเช่น

            ถ้าความต้านทานของ Barrier ที่มีค่าเท่ากับ 400 โอห์ม กระแสสูงสุดของลูปจะเท่ากับ 24 Volts / (860 Ohms + 400 Ohms) = 19.04 mA

            จากรายละเอียดที่แสดงมาทั้งหมดข้างต้นเป็นการทำงานพื้นฐาน, ข้อจำกัดและมาตรฐานของอุปกรณ์เครื่องมือวัดแบบ 4-20 มิลลิแอมป์ ซึ่งยังคงมีการใช้งานกันอีกต่อไป เนื่องจากมีความเชื่อมั่นในการทำงานได้สูง และมีการใช้งานกันมายาวนาน ถึงแม้ในปัจจุบันอุปกรณ์ที่มีการสื่อสารแบบดิจิตอลกำลังเข้ามามีบทบาทเพิ่มขึ้น ซึ่งคงต้องใช้เวลาพอสมควรในการที่จะเข้ามาแทนที่อุปกรณ์เครื่องมือวัดแบบ 4-20 มิลลิแอมป์ ได้ทั้งหมด ทั้งในแง่ความเชื่อมั่นในการทำงานและการใช้งานทดแทนกันได้ โดยเฉพาะอย่างยิ่งการนำเข้าไปใช้งานในระบบวัดคุมนิรภัย (Safety Instrumented System) สำหรับอุตสาหกรรมการผลิต

เอกสารอ้างอิง

1. หนังสือข่าวสารเพื่อการปรับตัวก้าวทันเทคโนโลยีอุตสาหกรรม INDUSTRIAL TECHNOLOGY REVIEW ปีที่ 10 ฉบับที่ 119, มกราคม 2547